降雨变化对荒漠草原植物群落多样性与土壤C:N:P生态化学计量特征的影响

研究降雨格局变化对植物群落多样性、土壤C：N：P生态化学计量特征的影响,以及关键土壤因子与植物群落多样性间的关系,对于荒漠草原植物群落多样性的保护具有重要意义.本文以黄土高原西部荒漠草原为研究对象,通过3 a野外降雨控制试验（减少40%降雨、减少20%降雨、自然降雨、增加20%降雨和增加40%降雨）,探讨干湿年份下降雨变化对植物群落多样性及其土壤C：N：P生态化学计量特征的影响,以及降雨变化下土壤C：N：P生态化学计量特征及关键土壤因子与植物群落多样性的关系.结果表明,在正常年份与偏干年份（2013年与2015年）,Patrick丰富度和Shannon-Wiener多样性指数分别以减雨20%处理显著低于对照和增雨40%处理,在偏湿年份（2014年）,Patrick丰富度和Shannon-Wiener多样性指数对降雨处理无显著差异.在正常年份与偏干年份,随降雨量的增加土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、碳氮比（C：N）、碳磷比（C：P）和氮磷比（N：P）呈降低趋势,其中,C：N显著降低;在偏湿年份,随降雨量增加土壤SOC、TN、C：P和N：P呈上升趋势.在正常年份,降雨处理对土壤含水量影响不显著,导致土壤含水量对植物群落影响有限,SOC、TN、N：P、C：N和微生物量氮（MBN）对植物群落多样性的影响更为突出;在偏湿年份,年降雨量丰富,降雨量增加导致土壤养分上升,水分不是限制植物生长的最重要因素,土壤含水量、土壤养分与生态化学计量特征共同调节和控制着植物群落多样性;在偏干年份,降雨处理对土壤含水影响显著,且降雨量增加导致土壤养分流失较多,因此,土壤含水量成为影响植物群落多样性的最主要因素.由此可知,在不同干湿年份,植物群落多样性与土壤C：N：P生态化学计量特征对降雨变化的响应不同;土壤C：N：P对植物群落多样性的影响也不同,本文的研究结果旨在为未来降雨变化下荒漠草原的保护与管理提供一定的理论依据.     

极端干旱区咸水灌溉人工防护林土壤可溶性碳的垂直分布及其影响因素

可溶性碳（DC）是土壤中最活跃的碳组分,植被恢复与重建加速了干旱荒漠区的碳循环过程.研究咸水灌溉下沙漠人工防护林地土壤剖面DC的分布,可为干旱荒漠区人工林的管理和开发利用提供理论支撑和决策依据.本研究选取塔克拉玛干沙漠公路沿线5个不同矿化度咸水滴灌林地作为研究样地,流沙地为对照（CK）,分析并讨论了0~1 m剖面土壤可溶性有机碳（SDOC）和可溶性无机碳（SDIC）的垂直分布特征及其与各因子间的相关关系.结果表明,CK与2.82 g·L^-1矿化度滴灌处理SDOC、SDIC呈"I"型分布,其分布满足线性函数关系,其他各样地SDOC和SDIC均呈"Γ"型分布,分布满足幂函数关系;所有处理表层SDOC、SDIC波动能力及贡献度均高于下层土壤,且SDOC波动及贡献度均大于SDIC,2.82 g·L^-1之外的各林地SDOC平均含量是SDIC的2~4倍;2.82 g·L^-1样地SDOC平均含量低于CK,其他各样地SDOC是CK的3~5倍,各样地SDIC含量较CK增加了15.0%~57.9%;矿化度高于2.82 g·L^-1的样地0~5 cm土层SDOC含量随灌溉水矿化度的增加而增加,各样地SDIC含量随矿化度的升高呈先增加后下降低趋势,4.82 g·L^-1样地达到最大.SDOC和SDIC与灌溉水矿化度、EC、SOC、SIC及土壤含水量均呈正相关关系,其中与土壤含水量表现出弱正相关,SDOC和SDIC与土层深度呈负相关关系;SDOC和SDIC与pH分别呈微弱的负相关和微弱的正相关.总之,灌溉水矿化度对SDOC和SDIC的垂直分布具有重要影响,同时与土壤含水量、土层深度、EC、SOC和SIC等因素紧密相关,这对极端干旱区人工林建设及管护具有重要意义.     

荒漠草原土壤线虫对氮沉降及降雨变化的响应

为了解氮沉降和降雨变化对短花针茅荒漠草原土壤线虫的影响,试验设计采用主区为增雨30%（W）和减雨30%（R）、自然降雨（CK）3种水分处理,副区为0（N0）、30（N30）、50（N50）和100（N100） kg/（hm²·a）4个氮素梯度共12个处理.结果表明：研究区共鉴定土壤线虫隶属41属,群落优势属为丽突属（Acrobeles）和拟丽突属（Acrobeloides）,增雨较氮添加显著增加了线虫数量,且在10月份尤为明显,减雨下N50梯度更利于线虫数量增加;从功能类群来看,土壤0~10cm食细菌线虫数量最多（占总数41.00%~45.56%）,并随季节动态呈上升趋势,捕杂食线虫数量最低,食细菌和食真菌线虫与氮梯度呈负相关关系;从生态指数来看,仅增雨抑制了土壤线虫多样性,单一氮添加没有改变线虫群落多样性和稳定性,但较低的氮添加会显著降低了线虫丰富度.不同季节动态处理下,土壤矿化途径受食微线虫的影响,有机质以真菌降解通道为主,减雨施氮下提高了土壤抗干扰能力;pH值、有机质、铵态氮含量是影响土壤线虫群落重要的环境因子,土壤氮含量增多及pH值降低增加了偏K策略者类群数量,降低R对策者类群数量,土壤线虫群落结构的变化,表明短花针茅荒漠草原生态系统地下食物网稳定性渐趋增强.     

干旱荒漠区油田开发与生态系统服务功能研究

根据干旱荒漠区域自然条件、社会经济条件和资源状况的总体特征,明确其生态环境特征、生态系统服务功能、生态环境功能重要性与敏感性的空间分异规律,确定区域生态功能分区,为制定油田开发生态环境保护与建设规划、维护区域生态安全、促进社会经济可持续发展提供科学依据。     

天然气开采压裂返排液污泥用于荒漠区植被修复的可行性

为解决中石化大牛地气田天然气开采压裂返排液污泥（采气污泥）难处理的困境,在测定采气污泥成分和运用地累积指数法（I_geo）评估其环境风险的基础上,利用三种荒漠区常见植物[沙蒿（Artemisia desertorum）、黑麦草（Lolium perenne L.）和苜蓿（Medicago falcata L.）],通过设计采气污泥与荒漠区土壤配比,开展天然气开采压裂返排液污泥用于荒漠区植被修复的可行性试验研究.结果表明:① 采气污泥中各污染物组分含量相对较低,w（Cr）、w（Cd）、w（Pb）分别为35.187、0.181、5.502 mg/kg,PAHs（多环芳烃类）未检出;w（OM）、w（TN）也较低,分别为1.46%、0.32%,盐分含量为1.2%.② 重金属风险评估结果显示,Cr、Cd、Pb的I_geo值分别为-0.76、-8.69和-2.20,污染风险等级为清洁;Se和Ba的I_geo值分别为0.02和0.91,有轻度环境污染风险.③ 5%采气污泥处理能使土壤最大持水量、土壤保水能力和孔隙度分别提高了74.41%、14.29%和4.35%.④ 低浓度（2.5%）采气污泥处理能使沙蒿、黑麦草和苜蓿种子发芽率分别提高7.38%、3.61%和8.20%,高浓度（>2.5%）采气污泥对种子萌发则表现为抑制作用.⑤ 根据采气污泥对沙蒿、黑麦草和苜蓿株高、根长和生物量的影响,确定采气污泥适宜施用量分别为≤ 5%、≤ 2.5%、≤ 2.5%.研究显示,采气污泥用于荒漠区植物修复是可行的,但适宜施用量较低,可采取去污染物和筛选耐性植物等技术来提高其用量.      

塔克拉玛干沙漠腹地四种植物根系分形特征分析

采用全根挖掘法,运用分形理论对塔克拉玛干沙漠腹地阿克苏牛皮消、河西菊(Hexinia polydichotoma(Ostenf.)H.L.Yang)、白麻(Apocynum venetum L.)、沙拐枣(Cynanchum amplexicaule Hemsl)四种多年生野生植物根系的分支状况、分形特征与拓扑特征之间的关系进行了研究。研究发现:⑴四种植物根系分形特征较明显,分形维数大小与拓扑参数连接总数、外部连接数之间具有显著的相关关系;⑵根丰度与根系长度、平均连接长度之间具有显著的指数关系,分别可用以下方程表示:y1=2.7694e1.5496x,y2=0.036 9e2.026 7x(其中y1、y2分别为总根长、平均连接长度,R2分别为0.935 3、0.983 2)。因此,通过分形和拓扑理论对比分析了沙漠腹地4种野生植物根系的空间分形特征、资源占有能力与吸收率,有利于为沙漠腹的植物根系研究提供相关参数和一定的理论依据。     

塔里木沙漠公路防护林生态工程对地下水位的影响分析

为了解塔里木沙漠公路防护林生态工程对地下水位的影响,在该工程第69#灌溉水源井处设置观测场,通过多个观测井的非稳定流抽水试验,观测井中地下水位的变化情况,确定了研究区域的含水层渗透系数K=13.317m/d、抽水影响半径R=332.04 m。分析了地下水位降落"漏斗"和水位下降、上升随时间和空间的变化规律:在2个抽水应力期内,水位急速下降和上升过程均可在抽水试验开始后的11 min内完成,随着时间的累积,变化趋势逐渐缓慢;抽水结束后,水位可恢复到初始水平。因此,研究认为塔里木沙漠公路防护林生态工程灌溉期抽水不会引起天然地下水位的持续下降,这将为沙漠公路沿线地下水资源的可持续利用和防护林生态工程整体的稳定性及长久运行提供一定的理论依据。     

荒漠草原无林地PM2.5、PM10时间变化特征及与气象因素的关系

选取荒漠草原无林地的PM_(2.5)、PM_(10)浓度以及气象因子数据,对颗粒物浓度的时间变化特征及其与气象因子的关系进行分析。结果表明:(1)1月的PM_(2.5)、PM_(10)月平均浓度最高,7月的PM_(2.5)与PM_(10)达到最低。季节尺度上PM_(2.5)、PM_(10)浓度变化为由大到小顺序依次为冬季秋季春季夏季。(2)风速≤4.0 m/s时,随着风速增加,PM_(2.5)、PM_(10)浓度不断降低;当风速4.0 m/s时,PM_(2.5)、PM_(10)浓度随风速增加而增加。PM_(2.5)、PM_(10)浓度与温度负相关。相对湿度≤50%时,随着相对湿度增加,PM_(2.5)、PM_(10)浓度呈增加趋势;相对湿度50%时,随着空气湿度增加,PM_(2.5)、PM_(10)浓度呈降低趋势。随着大气气压上升,PM_(2.5)与PM_(10)浓度随之增加。(3)不同季节的气象因子对PM_(2.5)、PM_(10)影响存在差异。     

基于RUE的不同草地类生态评价研究——以河西走廊为例

选择降水利用效率（RUE）作为评价指标,对河西走廊代表性草地类--温性荒漠、高寒草甸、温性草原进行生态评价研究。通过植被指数提取、降水Co-Kriging插值、图层叠加,得到河西走廊区域2006-2010年的RUE(NDVI)、RUE(PVI)、RUE(TSAVI)数据,并与地上生物量进行相关分析,筛选出适合不同草地类的RUE作为该区域生态评价的指标。结果表明：1）温性荒漠区RUE(PVI)与草地生物量风干重正相关性最高（R²=0.879）,高寒草甸区RUE(NDVI)与草地生物量风干重的正相关性最高（R²=0.876）,温性草原区RUE(TSAVI)与草地生物量风干重的正相关性最高（R²=0.895）。2）温性荒漠区、温性草原区生态均处于退化过程,高寒草甸区处于恢复过程。研究认为选择合适的RUE值可作为不同草地类生态评价指标,并具有理论的可行性和实践的可靠性。     

粉煤灰和城市污泥配施对荒漠土壤持水性能影响的实验研究

通过模拟降雨及降雨后自然条件下的土壤表面水分蒸发,研究了粉煤灰和城市污泥配施对荒漠土壤持水性能的影响。研究结果表明,施用粉煤灰和城市污泥后的土壤饱和含水率是对照荒漠土壤的1.95倍,持水时间提高7天左右。这对于在干旱缺水的荒漠地区进行植树造林,恢复生态环境,提高有限的水资源利用率,防止荒漠化的扩大具有十分重要的理论指导意义。